[发明专利]一种锂离子电池补锂方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池中活性锂补充方法。

背景技术

目前商品化锂离子电池对能量密度的要求越来越高，因此需要具有更高比容量的电极活性材料以及工艺设计被应用到锂离子电池领域。迄今已经有大量新型负极材料被使用，然而电池在首次充电过程中，这些负极材料表面均会形成固体电解质膜(SEI膜)或参与一些不可逆的反应，从而消耗一部分来自正极材料中的锂离子，形成不可逆容量，最终导致电芯的首次库伦效率与容量降低。所以，为了较大幅度的提高电芯的能量密度，需要提高电芯的首次库伦效率。

经研究发现，可以通过补锂的方法来对消耗掉的锂离子进行补充，从而提升锂离子电池的容量。对此，国内外专家展开了广泛的研究，例如，中国专利公开号CN1177417A、CN104993098A、CN102779975A中采用将锂粉通过不同的方式与负极材料混合，或将锂片覆盖在负极片表面进行补锂。但是，锂粉与负极材料共混难度大，操作环境要求苛刻，生产成本高。同时，使用以上方法补锂时，往往也会导致补锂过量、嵌锂不均，从而导致电芯出现析锂、循环性能差等问题。

中国专利公开号CN104953186A中采用的方法是在惰性气氛保护下，首先对负极片使用特定补锂装置进行化成，然后在惰性气体保护下取出负极片，接着干燥处理，然后和正极片与隔膜组装成电池。使用该方法，整个制备流程必须在惰性气氛下进行，负极片的批量化成，转移组装都过于复杂，生产成本高昂。

专利公开号CN103199217A中采用将金属锂片覆盖在负极片表面，然后制备富锂锂离子电池。为控制补锂量，需要通过苛刻的工艺来对金属锂片进行精加工制备成多孔锂片，以使锂片容量与补锂容量匹配。使用这种方法，成本高，工艺复杂，现实很难有效控制补锂量。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种锂离子电池中活性锂补充方法，通过电化学方法，来实现可控、均匀的补锂，简化制备工艺，从而有效的补充锂离子电池的不可逆容量损失，实现锂离子电池首次库伦效率和容量的提升。

为了实现上述目的，本发明提出了一种锂离子电池补锂方法，具体的技术方案如下：

将锂离子电池的正负极片、隔膜和补锂极(锂箔，优选为多孔锂箔)按照正极|隔膜|补锂极|隔膜|负极的顺序依次设置以叠片或卷绕，将补锂极作为第三极引出极耳，制作成除正极、负极外，还有第三极(补锂极)的锂离子电池。电池封装后，对锂离子电池注液，在化成前、或化成后、或电池经使用容量出现衰减后，连接第三极(补锂极)和负极或连接第三极(补锂极)和正极，在一定温度(10-45℃)下，采用恒定电流或阶梯电流放电，对负极或正极进行补锂。

优选地，在电池注液后，化成前，连接第三极(补锂极)和负极，采用恒定电流或阶梯电流放电，对负极进行补锂；补锂量通过放电时间来控制，经过补锂，可以提高电池在化成过程中的首次效率，提高电池后续的循环寿命。在化成后，连接第三极(补锂极)和负极或者连接第三极(补锂极)和正极，采用恒定电流或阶梯电流放电，对负极或正极进行补锂，弥补在化成过程中的活性锂损失，提高锂离子电池的容量和循环寿命。

另外，在电池使用过程中，不可避免会出现容量的衰减，容量衰减的原因有一部分是因为活性锂的损失。此时，可以连接第三极(补锂极)和负极或者连接第三极(补锂极)和正极，采用恒定电流或阶梯电流放电，对负极或正极进行补锂，弥补电池使用过程中的活性锂损失，提高电池的容量和使用寿命。

其中，补锂电流的大小为0.01C～0.5C，补锂容量为电池设计容量的1％～50％，补锂时间根据补锂容量和补锂电流计算得出。补锂容量根据锂离子电池正、负极材料的不同进行调整，对于石墨类负极，补锂容量为1％～30％之间，对于效率较低的合金类负极，补锂容量为10％～50％之间。

其中，所述锂箔为多孔结构或网状结构(统称，多孔锂箔)，孔径均匀分布，孔径大小为1μm～20μm，锂箔厚度为1μm～300μm。